(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦電流探傷プローブにより複数のキズ信号の合成信号として検出されたキズ信号のベクトル波形のふくらみによりキズ信号の発生要因の異なる鉄道のレールの割れキズと剥離キズが混在するか否かを判別する渦電流探傷方法において、前記ベクトル波形のふくらみ評価値を計算し、ふくらみ評価値に閾値を設けて前記判別を行うことを特徴とする渦電流探傷方法。
【請求項２】
請求項１に記載の渦電流探傷方法において、前記ふくらみ評価値はキズ信号の振幅の最大値で正規化して用いることを特徴とする渦電流探傷方法。
【請求項３】
請求項２に記載の渦電流探傷方法において、前記ふくらみ評価値をＷ、該ふくらみ評価値Ｗを正規化したふくらみ評価値をＷａ、キズ信号の振幅の最大値をＢとし、縦軸切片をｃとして、
Ｗａ＝（Ｗ−ｃ）／Ｂ
を前記正規化に用い、該縦軸切片ｃはキズ信号の振幅の最大値Ｂが０のときのふくらみ評価値であることを特徴とする渦電流探傷方法。
【請求項４】
渦電流探傷プローブにより複数のキズ信号の合成信号として検出されたキズ信号のベクトル波形のふくらみによりキズ信号の発生要因の異なる鉄道のレールの割れキズと剥離キズが混在するか否かを判別する渦電流探傷装置において、前記ベクトル波形のふくらみ評価値を計算し、ふくらみ評価値に閾値を設けて前記判別を行うことを特徴とする渦電流探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、渦電流探傷方法と渦電流探傷装置に関し、例えば鉄道のレールの割れキズと剥離キズのようにキズ信号の発生要因（発生原因）の異なるキズが混在している被検査体の渦電流探傷方法と渦電流探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来鋼材等の被検査体の表面のキズを探傷する方法として、被検査体の表面に沿って渦電流探傷プローブを走査（移動）し、渦電流探傷プローブの検出コイルに発生するキズ信号を用いてキズの有無を判別する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
例えば図８（ａ）のように、被検査体Ｓ１の表面に沿って渦電流探傷プローブＰをＸ１方向へ走査すると、被検査体Ｓ１の表面にキズｆ１１、ｆ１２、ｆ１３があるときには、それらキズの位置において検出コイルにキズ信号ｆｓが発生する。したがってそのキズ信号ｆｓを用いてキズｆ１１、ｆ１２、ｆ１３を探傷することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１８９３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図８（ａ）の探傷方法を用いて、例えば鉄道のレール表面キズを探傷する場合、レールの表面に割れキズが多数連続的に密集して存在するときは、割れキズと剥離キズの判別が困難になる。例えば、図８（ｃ）のようにレールＳ２の表面に多数の割れキズｆａと一部の割れキズの間が剥離して生じた剥離キズｆｂが混在する場合、検出したキズ信号は、割れキズｆａに起因するキズ信号と剥離キズｆｂに起因するキズ信号が合成されたものとなるから、割れキズｆａか剥離キズｆｂかを判別するのは困難である。したがって図８（ａ）の探傷方法によってレールＳ２に剥離キズが発生しているかどうかを判断することは、困難である。
本願発明は、複数のキズ信号の合成として得られるキズ信号が、レールの割れキズと剥離のように、性状の異なる要因のキズ信号（発生要因の異なるキズ信号）の合成であるかどうかを判定することができる渦流探傷方法と渦流探傷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の渦電流探傷方法は、渦電流探傷プローブにより複数のキズ信号の合成信号として検出されたキズ信号のベクトル波形のふくらみによりキズ信号の発生要因の異なる鉄道のレールの割れキズと剥離キズが混在するか否かを判別する渦電流探傷方法において、前記ベクトル波形のふくらみ評価値を計算し、ふくらみ評価値に閾値を設けて前記判別を行うことを特徴とする。
請求項２に記載の渦電流探傷方法は、請求項１に記載の渦電流探傷方法において、前記ふくらみ評価値はキズ信号の振幅の最大値で正規化して用いることを特徴とする。
請求項３に記載の渦電流探傷方法は、請求項２に記載の渦電流探傷方法において、前記ふくらみ評価値をＷ、該ふくらみ評価値Ｗを正規化したふくらみ評価値をＷａ、キズ信号の振幅の最大値をＢとし、縦軸切片をｃとして、
Ｗａ＝（Ｗ−ｃ）／Ｂ
を前記正規化に用い、該縦軸切片ｃはキズ信号の振幅の最大値Ｂが０のときのふくらみ評価値であることを特徴とする。
請求項４に記載の渦電流探傷装置は  渦電流探傷プローブにより複数のキズ信号の合成信号として検出されたキズ信号のベクトル波形のふくらみによりキズ信号の発生要因の異なる鉄道のレールの割れキズと剥離キズが混在するか否かを判別する渦電流探傷装置において、前記ベクトル波形のふくらみ評価値を計算し、ふくらみ評価値に閾値を設けて前記判別を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本願発明は、キズ信号の発生要因の異なるキズが混在する場合、キズ信号のベクトル波形のふくらみを評価することにより、従来判別が困難であったその混在の有無を判別することができる。また本願発明は、ベクトル波形のふくらみ評価値を用いて、ふくらみ評価値が所定の閾値或いは基準値を超えているか否かにより、キズ信号の発生要因の異なるキズが混在するか否かを容易に判別することができ、例えば鉄道のレールの探傷のように高速走行する検査車によって探傷する場合にもその判別が容易になる。また本願発明は、ふくらみ評価値をキズ信号の振幅の最大値で正規化することにより、リフトオフの影響を受けることなくキズ信号の発生要因が異なるキズの混在有無を容易に判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本願発明の実施例に係る第１の渦電流探傷方法を説明する図である。
【図２】図２は、本願発明の実施例に係る第２の渦電流探傷方法を説明する図である。
【図３】図３は、本願発明の実施例に係る渦電流探傷装置の構成を示す。
【図４】図４は、第１の渦電流探傷方法の実験結果を示す。
【図５】図５は、第２の渦電流探傷方法の実験結果を示す。
【図６】図６は、探傷区分毎のふくらみ評価値とリフトオフの関係を示す図である。
【図７】図７は、探傷区分毎のキズ信号の振幅の最大値で正規化したふくらみ評価値を示す図である。
【図８】図８は、従来の渦電流探傷方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
被検査体にキズ信号の発生要因（発生原因）の異なるキズが混在する場合、渦電流探傷プローブによって検出されるキズ信号は、混在するキズに起因するキズ信号の合成されたものとなる。例えば鉄道のレールのように割れキズと剥離キズが混在する場合、渦電流探傷プローブによって検出されるキズ信号は、両キズに起因して発生するキズ信号の合成されたものとなる。その場合、キズ信号のベクトル波形（８字状波形）は、合成されたキズ信号の位相が類似（略同じ）しているときにはふくらみが小さくなり、位相が異なるときにはふくらみが大きくなる。
本願発明者は、そのベクトル波形のふくらみに着目して、例えば鉄道のレールのように割れキズと剥離キズが混在する場合、そのふくらみの大きさによって割れキズのみか、割れキズと剥離キズが混在しているかを判別できることを突き止めた。
【０００９】
被検査体が鉄道のレールの場合には、レールの長手方向に沿って渦電流探傷プローブを移動させて走査し、得られたキズ信号を走査距離（移動距離）或いは走査時間（移動時間）を複数の区分に分割し、区分毎にベクトル波形を作成して各区分のベクトル波形のふくらみを比較することにより、割れキズのみの区分か、割れキズと剥離キズが混在する区分かを判別する。即ちベクトル波形のふくらみから剥離キズ混在の有無を判別する。
キズ信号の発生要因には、キズの幅、長さ等のサイズやキズの深さ等が係り、キズ信号の位相は、それらの要因によって変わるから、キズ信号のベクトル波形のふくらみに基づいて、被検査体にキズ信号の発生要因の異なるキズが混在しているか否かを判別することができる。
【実施例】
【００１０】
図１により本願発明の実施例に係る第１の渦電流探傷方法を説明する。
図１（ａ）は、鉄道のレールの表面の割れキズと剥離キズの分布例（図８（ｃ）と同じ）を示し、図１（ｂ）は、探傷により検出したキズ信号（渦電流探傷プローブの検出出力を同期検波して得た信号）を示し、図１（ｃ）は、キズ信号のベクトル波形（８字状波形）を示す。
【００１１】
図１（ａ）において、Ｐは渦電流探傷プローブ、Ｓ２は被検査体のレール、ｆａは割れキズ、ｆｂは剥離キズである。剥離キズｆｂは、割れキズｆａの間が剥離して生じたキズである。Ｆ２１〜Ｆ２５は、渦電流探傷プローブＰの探傷範囲を示し、Ｆ２１，Ｆ２３，Ｆ２５は、割れキズｆａのみの範囲を、Ｆ２２，Ｆ２４は、割れキズｆａと剥離キズｆｂが混在する範囲を示す。
図１（ａ）において、渦電流探傷プローブＰをＸ２方向へ走査（移動）すると、時間の経過とともにレールＳ２上の位置が変わり、夫々の位置に対応して図１（ｂ）のように、キズ信号ＦＳが連続的に検出される。その際割れキズｆａのようにキズが密集して連続的に存在する場合には、渦電流探傷プローブＰは、キズ１個１個を個別に検出することは難しく、複数のキズを同時に検出する。例えば、渦電流探傷プローブＰが探傷範囲Ｆ２１を移動しているときは、割れキズｆａを複数個同時に検出し、探傷範囲Ｆ２２を移動しているときは、割れキズｆａ、剥離キズｆｂを複数個同時に検出することになる。
【００１２】
次に図１（ｂ）のキズ信号ＦＳから図１（ｃ１），（ｃ２）のベクトル波形を作成する方法について説明する。
キズ信号ＦＳは、例えば図１（ｂ）のように区分Ｔ１〜Ｔ９に９分割して、区分毎にベクトル波形を作成する。即ち図１（ｂ）の場合、ベクトル波形は９個作成する。１区分は、例えば、キズ信号ＦＳの２，３サイクルの範囲（＋振幅，−振幅を２，３回繰返す範囲）に設定する。ここで剥離キズｆｂによって発生するキズ信号は、区分Ｔ４，Ｔ７のキズ信号に含まれているとして説明する。
【００１３】
区分Ｔ１〜Ｔ９の内、区分Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ８，Ｔ９（Ｔ４，Ｔ７以外の区分）のキズ信号ＦＳは、割れキズｆａのみによって発生するが、割れキズｆａに起因するキズ信号ＦＳの発生要因は類似しているから、キズ信号ＦＳに含まれる割れキズｆａに起因するキズ信号の位相は、近似している（略同じである）。したがってＴ４，Ｔ７以外の区分のベクトル波形は、図１（ｃ１）のようになる。一方区分Ｔ４，Ｔ７のキズ信号は、割れキズｆａと剥離キズｆｂによって発生するが、両キズに起因するキズ信号の発生要因は相違しているから、キズ信号ＦＳに含まれる両キズに起因するキズ信号の位相は相違している。したがって区分Ｔ４，Ｔ７のベクトル波形は、図１（ｃ２）のようになる。
【００１４】
図１（ｃ１）と図１（ｃ２）のベクトル波形を比較すると、図１（ｃ１）のベクトル波形のふくらみＷ１は、図１（ｃ２）のベクトル波形のふくらみＷ２よりも小さい（Ｗ１＜Ｗ２）。即ちキズ信号ＦＳに発生要因の異なるキズ信号が含まれているときのベクトル波形は、ふくらみが大きくなり、発生要因が類似しているときのベクトル波形は、ふくらみが小さくなる。したがって図１（ｃ１）と図１（ｃ２）のベクトル波形のふくらみＷ１、Ｗ２を比較することにより、剥離キズｆｂが混在するか否かを判別することができる。各区分のベクトル波形は、例えば表示装置に表示することによりベクトル波形のふくらみを判別或いは評価することができる。
なおベクトル波形のふくらみＷ１、Ｗ２は、ベクトル波形の傾斜方向に略直交する方向の最大幅に対応する。またベクトル波形が２個の楕円状部分からなるときは、ふくらみの判別には一方の楕円状部分を用いればよい。
【００１５】
次に図２により本願発明の実施例に係る第２の渦電流探傷方法を説明する。
キズ信号のベクトル波形の輪郭は、図２（ａ）のようにｎ個の座標データで表すことができる。図２（ａ）は、（ｘ１１，ｘ２１）、（ｘ１２，ｘ２２）、・・・・（ｘ１ｎ，ｘ２ｎ）のｎ個の座標で表してある（ｘ１ｎはＹ成分の座標データを、ｘ２ｎはＸ成分の座標データを表している）。なお図２（ａ）は、２個の楕円部分の一方のみを用いている。また各座標のデータ（座標データ）は、ベクトル波形を作成するときのデータを用いることができる。
【００１６】
ここで図２（ａ）のｎ個の座標データを用いてベクトル波形のふくらみを計算により求める方法の一例について説明する。
ｎ個の座標のデータが（ｘ１１，ｘ２１）、（ｘ１２，ｘ２２）、・・・・（ｘ１ｎ，ｘ２ｎ）の場合、ｘ１ｉ，ｘ２ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に比例関係があるとすると、ｎ個のデータに適合する（フィットする）直線は、
ｘ２ｉ＝Ａｘ１ｉ・・・・・（１）
で表すことができる。
この直線から、各データの組の差の二乗和Ｗは、
【数１】
0005615631.tif 000002
で表すことができる。ふくらみを直線からのずれと考えると、このＷをふくらみの評価値として使用することができる。
【００１７】
（２）式を展開すると、
【数２】
0005615631.tif 000003
となる。
【００１８】
（３）式において、調整できるパラメータは、Ａのみであり、そのＡを含む（・・・）2の項が０になるとき、各データの組の差の二乗和は、最小になる。そのときの（３）式は、次の（４）式となる。
【数３】
0005615631.tif 000004
ベクトル波形のふくらみ（ふくらみ評価値）は、（４）式により求めることができる。
ベクトル波形のふくらみは、前記直線に対する誤差（偏差）を表している。
【００１９】
図１（ｂ）のようにキズ信号ＦＳの区分がＴ１〜Ｔ９の場合、９区分の夫々のベクトル波形についてふくらみを計算し、計算したふくらみは、図２（ｂ）のようにグラフに表示する。図２（ｂ）において、縦軸は、ベクトル波形のふくらみ評価値（ふくらみの大きさ）を表している。また横軸は、区分を表している。図２（ｂ）のグラフを作成すると、区分Ｔ４，Ｔ７に剥離キズが混在し、区分Ｔ４，Ｔ７以外の区分には剥離キズが混在していないことが一目で分かる。
【００２０】
また図２（ｂ）のＷｓのようにふくらみ評価値に閾値を設けて、ふくらみ評価値が閾値Ｗｓを越えたときはアラームを表示するようにしてもよい。その場合、区分Ｔ４，Ｔ７のふくらみ評価値は閾値Ｗｓ以上であるからアラームを表示する。アラームは、光や音であってもよいし、閾値を超えた旨のメッセージを表示してもよい。被検査体が鉄道のレールの場合、探傷は、レール上を時速１０〜５０ｋｍ／ｈで走る検査車に設置した渦電流探傷プローブによって行うから、ベクトル波形や図２（ｂ）のグラフによってベクトル波形のふくらみを評価するのは大変であるが、閾値を超えたときアラームでその旨を表示するように構成すれば、ふくらみの評価が容易になる。
【００２１】
図３は、本願発明の実施例に係る渦電流探傷装置のブロック図を示す。
発振器（励磁電源）１１から渦電流探傷プローブＰの励磁コイルＥＣに励磁電流を供給し、検出コイルＤＣによって検出された被検査体（図示せず）のキズ信号（高周波のキズ信号）を同期検波器１２へ供給する。同期検波器１２の検波出力は、Ｘ成分とＹ成分に分割してＸ成分増幅回路１３１とＹ成分増幅回路１３２に供給する。Ｘ成分増幅回路１３１とＹ成分増幅回路１３２の出力は、フィルタ１４１，１４２へ供給され、両フィルタによってキズ信号を抽出する。キズ信号は、Ａ／Ｄ変換回路１５１，１５２によってデジタルデータに変換してメモリー１６１，１６２に保存する。ふくらみ計算回路１７は、メモリー１６１，１６２のデジタルデータを用いてベクトル波形のふくらみを計算し、グラフにして表示装置１８に表示する。またメモリー１６１，１６２のデジタルデータを用いて図１（ｃ１），（ｃ２）のベクトル波形を表示装置１８に表示する。
【００２２】
ふくらみ計算回路１７は、図１、図２の区分Ｔ１〜Ｔ９毎にふくらみを計算して区分毎にメモリ（図示せず）に保存してもよい。またふくらみ計算回路１７によって計算したふくらみは、図示しないふくらみ評価回路によって評価し、閾値以上のふくらみが検出されたときは、自動的にアラームを表示するように構成してもよい。
【００２３】
次に図４、図５により実験結果を説明する。
図４は、キズ信号とキズ信号に基づいて作成したベクトル波形を、図５は、ベクトル波形に基づいて作成したふくらみのグラフを示す。
実験は、数ミリ〜十数ミリの間隔で割れキズが連続して存在し、割れキズと割れキズの間が剥離してできた剥離キズが混在する被検査体について行った。
まず図４について、説明する。
図４（ａ），（ｂ）は、キズ信号のＸ成分の波形とＹ成分の波形で、走査時間０〜１８秒の間の波形を示す。図４（ａ），（ｂ）のキズ信号を用いてベクトル波形を作成すると、図４（ｃ）のようになる。なお図４（ｃ）のベクトル波形は、キズ信号の区分毎に作成するが、１区分のみ図示してある。また１区分の範囲は、キズ信号２サイクルの範囲（＋振幅・−振幅を２回繰返す範囲）に設定した。
【００２４】
図５は、図４のベクトル波形に基づいて区分毎にふくらみを計算して作成したグラフである。走査時間、区分数は、図４と同じである。
図５（ａ）は、全区分に割れキズのみが存在する場合のグラフであり、図５（ｂ）は、割れキズと剥離キズが混在している場合のグラフである。図５において縦軸は、ベクトル波形のふくらみ評価値を示す。
【００２５】
ところで上記ふくらみ評価値は，評価する信号の振幅が大きいほど大きな値になりやすいという問題がある。リフトオフ等の探傷条件が同じである場合，剥離をともなうキズ信号の方が剥離をともなわないキズ信号よりも振幅が大きくなる傾向にあるためこの性質はそれほど問題とならない。しかしながらリフトオフの変化が見込まれる場合には，適切な閾値を設定するためにこの性質が問題となる。図２（ｂ）のように、ふくらみ評価値によって剥離キズ混在の有無を判別するとき、探傷時のリフトオフが一定の場合には、適切な閾値を設定することで図２（ｂ）から直接判別できるが、リフトオフが異なる場合には、リフトオフの影響を考慮しながら閾値を設定する必要がある。
図６、図７によりリフトオフの影響とリフトオフの影響を受けずに剥離キズ混在の有無を判別する方法について説明する。なお図６、図７は、実験結果に基づいて作成した図である。
【００２６】
図６（ａ）は、区分Ｔ１〜Ｔ９をリフトオフ０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍで探傷したときのふくらみ評価値の分布状態を示す。区分Ｔ１〜Ｔ９の内、区分Ｔ１〜Ｔ３、区分Ｔ７〜Ｔ９には、割れキズのみ、区分Ｔ４〜Ｔ６には、剥離キズが混在する例である。
図６（ａ）のふくらみ評価値と、そのふくらみ評価値を取得したときのキズ信号の振幅の最大値の関係は、図６（ｂ）のようになる。区分Ｔ４〜Ｔ６のふくらみ評価値は、「×」で表示し、他の区分は、「□」で表示してある。ふくらみ評価値は、「×」、「□」ともにキズ信号の振幅が大きくなる程大きくなるが、「×」、「□」のふくらみ評価値は、破線の両側に分かれて分布している。破線は、縦軸切片と一定の傾きを有している。キズ信号の振幅が０のとき、縦軸切片が０にならないのは、雑音によるものと考えられる。
【００２７】
図６（ｂ）の特性に鑑み、ふくらみ評価値を、ふくらみ評価値とキズ信号の振幅の最大値の比で表して、剥離キズ混在の有無を判別する。
そこでふくらみ評価値とキズ信号の振幅の最大値の比（振幅の最大値で正規化したふくらみ評価値）をＷａ、ふくらみ評価値をＷ、キズ信号の振幅の最大値をＢ、縦軸切片をｃとし、
Ｗａ＝（Ｗ−ｃ）／Ｂ
により、図６（ａ）のふくらみ評価値を修正すると、即ちふくらみ評価値をキズ信号の振幅の最大値で正規化すると、ｃ＝０．０１の場合その比Ｗａの分布は、図７のようになる。なお縦軸切片ｃは、キズ信号の振幅の最大値Ｂが０のときのふくらみ評価値（ふくらみ評価値切片）であり、０を含む。
【００２８】
図６（ａ）の場合、例えば、区分Ｔ３のリフトオフが０．５ｍｍのときのふくらみ評価値と区分Ｔ４のリフトオフが２．０ｍｍのときのふくらみ評価値は、略同じであるから、剥離キズ有無を判別する閾値の設定が難しくなる。
一方図７の場合、例えば、ふくらみ評価値とキズ信号の振幅の最大値の比Ｗａ＝０．１を閾値に用いると、剥離キズは、区分Ｔ４に混在し、区分Ｔ３には混在しないことが一目で分かる。即ちリフトオフの影響を受けずに剥離キズ混在の有無を判別することができる。他の区分についても同様である。
【００２９】
前記実施例は、鉄道のレールの割れキズと剥離キズが混在する例について説明したが、本願発明は、それらのキズに限らず、キズ信号の発生要因（発生原因）が異なるキズが混在している被検査体の探傷に適用することができる。またキズ信号のベクトル波形のふくらみの評価は、事前に用意した基準のふくらみ（閾値）と比較してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１１  発振器（励磁電源）
１２    同期検波器
１３１，１３２    増幅回路
１４１，１４２    フィルタ
１５１，１５２    Ａ／Ｄ変換回路
１６１，１６２    メモリー
１７    ふくらみ計算回路
１８    表示装置
Ｐ    渦電流探傷プローブ
ＥＣ    励磁コイル
ＤＣ    検出コイル
Ｓ２    被検査体
【図１】
0005615631.tif 000005
【図２】
0005615631.tif 000006
【図３】
0005615631.tif 000007
【図４】
0005615631.tif 000008
【図５】
0005615631.tif 000009
【図６】
0005615631.tif 000010
【図７】
0005615631.tif 000011
【図８】
0005615631.tif 000012